KR100708179B1

KR100708179B1 - 탠덤형 광주사장치

Info

Publication number: KR100708179B1
Application number: KR1020050086243A
Authority: KR
Inventors: 김형수; 김우규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-04-17
Also published as: US7542190B2; US20070058231A1; KR20070031614A; CN1932577B; CN1932577A

Abstract

본 발명에 의하면, 탠덤형 광주사장치가 개시된다. 상기 탠덤형 광주사장치는, 서로 다른 감광드럼 상에 주주사 방향으로 서로 다른 광빔들을 주사하여 라인 형상의 주사선을 형성하는 탠덤형 광주사장치로서, 광원수단, 광원수단의 출광 경로 상에서 회전 구동되는 것으로, 그 회전축과 평행한 부주사 평면 내에서 소정의 사잇각을 갖고 경사 입사되는 서로 다른 광빔들을 동시에 편향시키는 빔편향기 및 빔편향기에서 편향 반사된 광빔들을 각각 대응되는 감광드럼 상에 결상시키는 주사광학렌즈를 포함하되, 주사광학렌즈는 주사선의 만곡 특성을 보정하기 위하여, 비구면으로 구성된 적어도 하나 이상의 부주사 단면을 갖는 것을 특징으로 한다. 개시된 탠덤형 광주사장치에 의하면, 제조원가 및 구동효율 측면에서 유리한 경사입사광학계가 적용되면서도 주사선의 왜곡 내지 만곡 현상이 개선된다.

Description

탠덤형 광주사장치{Tandem laser scanning unit}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탠덤형 광주사장치의 주주사 단면 구조를 보인 도면.

도 2는 도 1에 도시된 탠덤형 광주사장치의 부주사 단면 구조를 보인 도면.

도 3은 도 1에 도시된 제1 주사결상광학계의 부주사 단면 구조로서, 그 광 경로를 따라 전개한 도면.

도 4는 도 3의 일부에 대한 부주사 단면 구조를 보인 도면.

도 5는 본 발명과 종래기술에서의 주사선 만곡량을 비교한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1Y,1M,1C,1K : 광원 3Y,3M,3C,3K : 콜리메이팅 렌즈

5Y,5M,5C,5K : 어퍼처판 7Y,7M,7C,7K : 실린드리컬 렌즈

10 : 주사광학렌즈 11a,11b : 제1 주사렌즈

13Y,13M,13C,13K : 제2 주사렌즈 15Y,15M,15C,15K : 감광드럼

LY,LM,LC,LK : 광빔 S1 : 제1 주사결상광학계

S2 : 제2 주사결상광학계

본 발명은 탠덤형 광주사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 광원으로부터 출사된 광빔을 동시에 서로 다른 감광드럼 상으로 주사함으로써 멀티 칼라의 화상을 구현하는 탠덤형 광주사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 프린터, 디지털 복사기, 바코드 리더, 팩시밀리 등의 기기에 채용되는 광주사장치(Laser scanning unit; LSU)는 빔편향기에 의한 주주사와, 감광드럼의 회전에 의한 부주사를 통하여 피노광면에 잠상(latent image)을 형성한다. 특히, 멀티 칼라의 화상을 구현하기 위해서는 각 색성분에 해당되는 복수개의 피노광체를 구비하는 탠덤(tandam) 방식 화상형성장치가 사용되고 있는데, 그 일 형태로서, 칼라 레이저 프린터가 있다. 탠덤 방식 화상형성장치에서는 각 색 성분, 예를 들어, 옐로, 마젠타, 시안, 및 블랙의 단색광들을 각각 해당되는 감광드럼 상에 동시에 결상시키는 탠덤형 광주사장치가 채용된다.

탠덤형 광주사장치에는 광원의 출광 경로 상에 배치되어 빔의 편향 작용을 행하는 빔편향기가 구비되는데, 빔편향기가 다수의 광빔들에 대해 공통적으로 설치되는 경우에는 광학요소의 부품 개수 및 구조를 단순화시킬 수 있으므로, 광주사장치를 포함하는 화상형성장치의 컴팩트화 및 제조 비용의 절감이 가능하다. 이러한 장점들로 인하여, 최근, 다수의 광빔들에 대해 빔편향기가 공유되는 구조의 탠덤형 광주사장치가 활발히 연구되고 있다. 이렇게 다수의 광빔들 각각을 해당되는 다수의 감광드럼 상에 독립적으로 주사하기 위해서는, 다수의 광빔들을 고속 회전되는 빔편향기에 대해 조사하고, 이들이 편향된 후에는 광빔들 각각을 공간적으로 분리 해야할 필요가 있다. 이를 위해, 예를 들어, 일본 특허공개공보 제 2004-361627 호 등에 의하면, 회전 구동되는 빔편향기에 대해 서로 다른 단색광들을 사선 방향으로 경사 입사함으로써, 단색광들의 공간적인 분리를 가능하게 하고 있다. 그러나, 이런 경사입사광학계에서는 감광드럼 상에 직선 형태의 주사선이 형성되지 않고, 활(bow)처럼 만곡 형태로 주사선이 왜곡되는 문제점이 있다. 이는 주사선 간의 피치가 균등하게 유지되는 않는 등 화상 품질이 저하되는 원인이 되고, 특히, 서로 다른 단색 화상을 중첩하여 칼라 화상을 구현하는 칼라화상형성장치에서는, 전사벨트 상의 단색 화상이 어긋남으로 인해, 원하는 색상 및 화상이 구현될 수 없는 치명적인 결합이 된다.

본 발명은 상기한 문제점 및 그 밖의 다른 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 제조원가 및 구동효율 측면에서 유리한 경사입사광학계를 적용하면서도 주사선의 만곡 현상이 보정되는 탠덤형 광주사장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 탠덤형 광주사장치는,

서로 다른 감광드럼 상에 주주사 방향으로 서로 다른 광빔들을 주사하여 라인 형상의 주사선을 형성하는 탠덤형 광주사장치로서,

광원수단;

상기 광원수단의 출광 경로 상에서 회전 구동되는 것으로, 그 회전축과 평행 한 부주사 평면 내에서 소정의 사잇각을 갖고 경사 입사되는 서로 다른 광빔들을 동시에 편향시키는 빔편향기; 및

상기 빔편향기에서 편향 반사된 광빔들을 각각 대응되는 감광드럼 상에 결상시키는 주사광학렌즈;를 포함하되,

상기 주사광학렌즈는 주사선의 만곡 특성을 보정하기 위하여, 비구면으로 구성된 적어도 하나 이상의 부주사 단면을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 바람직하게, 상기 주사광학렌즈는 상기 빔편향기 측의 제1 주사렌즈 및 상기 감광드럼 측의 제2 주사렌즈를 포함하고, 상기 제1 주사렌즈의 입광 측 및 출광 측 중 적어도 일 측의 부주사 단면은 상기 비구면으로 이루어진다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 탠덤형 광주사장치는,

각각, 서로 다른 감광드럼 상에 서로 다른 광빔들을 주사하는 제1 광학계 및 제2 광학계를 포함한 탠덤형 광주사장치로서,

상기 제1 광학계 및 제2 광학계에 공유된 것으로, 일 측은 제1 광학계 측에 배치되고 타 측은 제2 광학계 측에 배치되어 회전 구동되고, 그 회전축과 평행한 부주사 평면 내에서, 각 광학계의 광빔들이 소정의 사잇각을 갖고 경사 입사되는 빔편향기; 및

상기 빔편향기에서 편향 반사된 광빔들을 해당되는 감광드럼 상에 결상시키는 제1 주사광학렌즈 및 제2 주사광학렌즈;를 포함하되,

상기 각 주사광학렌즈는 주사선의 만곡 특성을 보정하기 위하여, 비구면으로 구성된 적어도 하나 이상의 부주사 단면을 갖는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명에 따른 탠덤형 광주사장치를 포함하는 화상형성장치는,
복수의 감광드럼과, 서로 다른 감광드럼 상에 주주사 방향으로 서로 다른 광빔들을 주사하여 라인 형상의 주사선을 형성하는 탠덤형 광주사장치를 포함하는 화상형성장치에 있어서,
상기 탠덤형 광주사장치는,
광원수단;
상기 광원수단의 출광 경로 상에서 회전 구동되는 것으로, 그 회전축과 평행한 부주사 평면 내에서 소정의 사잇각을 갖고 경사 입사되는 서로 다른 광빔들을 동시에 편향시키는 빔편향기; 및
상기 빔편향기에서 편향 반사된 광빔들을 각각 대응되는 감광드럼 상에 결상시키는 주사광학렌즈;를 포함하되,
상기 주사광학렌즈는 주사선의 만곡 특성을 보정하기 위하여, 비구면으로 구성된 적어도 하나 이상의 부주사 단면을 갖는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 1 및 도 2에는 본 발명의 탠덤형 광주사장치가 도시되어 있는데, 도 1에는 주주사 단면도, 도 2에는 부주사 단면도가 각각 도시되어 있다. 참고적으로, 본 명세서를 통하여, 주주사 방향(y 방향)은, 빔편향기에 의해 광빔이 감광드럼 상에 주사되는 방향을 의미하고, 이는 감광드럼의 주사선 방향에 해당된다. 부주사 방향(x 방향)은 감광드럼의 회전 방향을 의미한다.

도시된 탠덤형 광주사장치는, 옐로(Yellow), 마젠타(Magenta), 시안(Cyan), 블랙(Black)의 각 색 성분에 해당되는 제1 내지 제4 광원(1Y,1M,1C,1K)을 포함하는데, 이들 광원들(1Y,1M,1C,1K)로부터 출광된 단색광들은 광원들(1Y,1M,1C,1K)에 대해 공통적으로 설치된 빔편향기(9)로 입사되며, 빔편향기(9)에 의해 반사된 광빔들은 각 색 성분에 해당되는 감광드럼(15Y,15M,15C,15K) 상으로 주사된다. 여기서, 상기 탠덤형 광주사장치를 구비한 화상형성장치는 각 색 성분에 해당되는 감광드럼(15Y,15M,15C,15K)을 독립적으로 구비하며 용지 등의 인쇄매체를 1회 이송하는 동안에 서로 다른 4가지 색상의 전사가 한꺼번에 이루어지는 탠덤 방식의 컬러 화상형성장치이다. 즉, 인쇄매체를 1회 이송하며 완전한 컬러 화상이 형성되며 흑백 화상의 경우에도 마찬가지이므로 컬러 인쇄와 흑백 인쇄에 소요되는 시간이 동일하여 인쇄 속도가 매우 빠르다. 도시되지는 않았지만, 탠덤 방식의 화상형성장치는 옐로(Yellow), 마젠타(Magenta), 시안(Cyan), 블랙(Black)의 각 색 성분에 해당되는 토너를 각각 수용하는 4개의 현상기와, 4개의 광주사장치와, 4개의 감광드럼을 구비한다.

상기 탠덤형 광주사장치는 제1, 제2 감광드럼(15Y,15M)에 대해 주사광을 공급하는 제1 주사결상광학계(S1) 및 제3, 제4 감광드럼(15C,15K)에 대해 주사광을 공급하는 제2 주사결상광학계(S2)를 포함하고, 좌우로 대칭적인 광학 구조를 갖는다. 제1 주사결상광학계(S1)는 제1, 제2 광원의 쌍(1Y,1M)을 포함하고, 이들의 광빔(LY,LM)을 각각 제1, 제2 감광드럼(15Y,15M) 상에 등속 주사하기 위한 광학 구조를 갖고, 유사하게, 제2 주사결상광학계(S2)는 제3, 제4 광원의 쌍(1C,1K)을 포함하고, 이들의 광빔(LC,LK)을 각각 제3, 제4 감광드럼(15C,15K) 상에 등속 주사하기 위한 광학 구조를 갖는다. 각 광원들(1Y,1M,1C,1K)의 출광 경로 상에는 빔편향기 (9)가 배치되는데, 상기 빔편향기(9)의 일 측에는 제1, 제2 광원(1Y,1M)으로부터 출광된 광빔들이 입사되고, 동시에, 빔편향기(9)의 타 측에는 제3, 제4 광원(1C,1K)으로부터 출사된 광빔들이 입사된다. 이렇게 빔편향기(9)는 모든 광원들(1Y,1M,1C,1K)에 대해 공통적으로 설치되고, 서로 다른 광원에서 출광된 광빔들(LY,LM,LC,LK)은 공유된 빔편향기(9)에 의해 동시에 해당 감광드럼(15Y,15M,15C,15K) 상으로 편향 주사된다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 상기 빔편향기(9)는 고속으로 회전되는 구동모터(9b) 및 상기 구동모터(9b)의 로우터 상에 동축적으로 장착된 폴리건미러(9a)를 포함한다. 상기 폴리건미러(9a)는 그 외측면이 다수의 편향반사면으로 분할된 다각형 구조로 형성될 수 있다. 폴리건미러(9a)로 입사된 광빔은 고속 회전되는 편향반사면에 의해 주주사 방향을 따라 일정한 속도로 조사된다.

도 3은 광 경로를 따라 제1 주사결학광학계(S1)를 전개하여 광학적 배치 구조를 보인 부주사 단면도이다. 제1 주사결상광학계(S1)에 마련된 제1, 제2 광원(1Y,1M)은 부주사 단면 내에서 소정 각도로 경사진 사선 방향으로 광빔(LY,LM)을 출사하는데, 광진행 방향으로 가면서 서로에 대해 근접되도록 소정의 사잇각(α)으로 광빔(LY,LM)을 출사한다. 이를 위해, 부주사 방향(x 방향)으로 이격된 제1, 제2 광원(1Y,1M)은 수평축에 대해 소정의 경사를 갖도록 틸트되어 장착될 수 있다. 이들 제1 광원 및 제2 광원(1Y,1M)은 서로 다른 단색광(예를 들어, 옐로 및 마젠타)을 출광한다. 상이한 단색광들(LY,LM)이 공유된 단일의 빔편향기에 의해 동시에 편향 주사되기 위해서는, 편향 이후에 각 광빔들(LY,LM)을 분리하여 해당되는 각각의 감광드럼(15Y,15M) 상으로 주사해야 하므로, 공간적인 분리를 위해 광빔들(LY,LM)을 빔편향기(9)로 경사지게 입사한다. 한편, 이들 제1, 제2 광원(1Y,1M)은 레이저 다이오드로 이루어질 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 각각 별개로 소자로 패키징되거나, 또는 이들 광원이 단일 소자로 함께 패키징되는 이른바, 원 캔-투 빔(one can-two beam) 형식으로 마련될 수도 있다. 제2 주사결상광학계(S2)의 제3, 제4 광원(1C,1K)도 앞서 설명된 바와 유사하게, 서로에 대해 근접하는 소정의 사잇각으로 광빔(LC,LK)을 출광하고, 이를 위해 수평축에 대해 틸트되어 장착될 수 있다.

빔편향기(9)로 입사되는 광빔들(LY,LM)은 광진행방향을 따라 서로에 대해 근접되는 각도(α)를 갖고 편향반사면으로 입사되며, 이들 광빔(LY,LM)은 편향반사면 상에서 교차되거나, 또는 상당히 근접된 상태가 된다. 이렇게 광빔들(LY,LM)의 결상 위치가 소정의 범위 내로 제한됨으로써 빔편향기(9)의 유효 반사면 사이즈를 줄일 수 있고, 이에 따라 빔편향기(9)의 제조 및 구동에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 편향반사면에서 반사된 광빔들(LY,LM)은 서로에 대해 멀어지는 방향으로 진행하면서 분광되고, 각각 해당되는 감광드럼(15Y,15M) 상으로 진행된다.

한편, 상기 광원들(1Y,1M)과 빔편향기(9) 사이의 광 경로 상에는 차례대로 콜리메이팅 렌즈(3Y,3M), 어퍼처판(5Y,5M), 및 실린드리컬 렌즈(7Y,7M)가 배치될 수 있는데, 이 콜리메이팅 렌즈(3Y,3M)의 작용에 의해 광원(1Y,1M)에서 방사상으로 발산된 광빔들(LY,LM)은 평행 빔 또는 평행에 근접한 형태의 빔으로 변형되고, 이어서 배치된 어퍼처판(5Y,5M)의 슬릿을 통과하면서 주주사 방향으로 긴 빔 형태로 정형되며, 계속해서, 부주사 방향으로 굴절력을 갖는 실린드리컬 렌즈(7Y,7M)를 거치면서 부주사 방향으로 집속되어 빔편향기(9) 상에 집광된다. 이로써, 빔편향기(9)의 편향반사면 상에는 주주사 방향으로 길게 연장된 라인 형상의 광빔이 결상된다. 한편, 제3, 제4 광원들(1C,1K)과 빔편향기(9) 사이의 광 경로 상에는 차례대로 콜리메이팅 렌즈(3C,3K), 어퍼처판(5C,5K), 및 실린드리컬 렌즈(7C,7K)가 배치될 수 있고, 이들에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 사실상 동일하다.

상기 빔편향기(9)에서 반사된 광빔은, 소위 에프-세타 렌즈(f-θ lens)로도 불리는 주사광학렌즈(10)로 입사된다. 상기 주사광학렌즈(10)는 광 경로 상의 전후방으로 배치된 서로 다른 2매의 주사렌즈들(11a;13M,13Y)을 포함하는데, 빔편향기(9) 측에 배치된 제1 주사렌즈(11a)는 부주사 방향으로 분리된 서로 다른 광빔들(LY,LM)에 대해 공통적으로 형성될 수 있고, 감광드럼(15Y,15M) 측에 배치된 제2 주사렌즈(13Y,13M)는 서로 다른 광빔들 각각의 광경로 상에 별개로 마련될 수 있다.

도 1에는 주사렌즈들의 주주사 단면 형상, 도 3에는 부주사 단면 형상이 도시되어 있다. 이하에서는 이들 도면을 참조하여, 주사렌즈에 대해 상세히 설명하기로 한다. 제1 주사렌즈(11a)는 주주사 방향 및 부주사 방향으로 소정의 굴절력을 갖도록 소정의 형상으로 마련된 입사면 및 출사면을 구비한다. 구체적으로, 제1 주사렌즈(11a,11b)의 주주사 단면은 변곡점을 갖는 비원호 형상을 갖는다. 이에 따라 주사렌즈(11a,11b)를 투과한 광빔(LY,LM,LC,LK)은 주주사 방향(y축 방향)으로의 입사 위치에 따라 서로 다른 굴절율로 감광드럼(15Y,15M,15C,15K) 상에 결상된다. 제 1 주사렌즈(11a,11b)의 형상을 보다 구체적으로 살펴보면, 입사면은 렌즈 광축(Lo)이 통과하는 중앙부에서는 인입된 형상의 오목면, 주주사 방향(y축 방향)으로 양 가장자리에서는 돌출된 형상의 볼록면을 갖고, 출사면은 렌즈 광축(Lo)이 통과하는 중앙부에서는 돌출된 볼록면, 주주사 방향(y축 방향)으로 양 가장자리에서는 인입된 오목면을 갖는다. 즉, 상기 제1 주사렌즈(11a,11b)의 주주사 단면 형상은 입사면과 출사면의 곡률 부호가 같은 매니스커스 형태로 마련될 수 있다. 또한, 주사렌즈의 입사면 및 출사면은 렌즈 광축(Lo)을 중심으로, 서로 완전한 대칭을 이루지 않고, 비대칭적인 형태로 마련될 수 있다.

도 3에서 볼 수 있듯이, 상기 제1 주사렌즈(11a)는 부주사 방향으로 비원호 형상을 갖는데, 입사면은 볼록한 형상을 갖고, 출사면은 오목한 형상을 갖는다. 또한, 입사면 및 출사면의 부주사 단면 형상은 렌즈 광축이 지나는 중앙부에서는 굴절력이 적은 편평한 면에 근접하는 형태를 갖는다. 부주사 단면의 형상은 주주사 방향을 따라 연속적으로 변화하는 패턴을 갖는다. 한편, 본 발명에서 채용되는 주사렌즈로서 도 3에 도시된 바와 같이, 주사렌즈(11a)의 입사 측과 출사 측의 양쪽 면 모두를 비구면으로 설계할 수 있고, 또는 이와 달리, 입사 또는 출사 측의 어느 일면을 택일적으로 비구면 설계할 수도 있다. 이때, 부주사 단면이 비구면으로 마련된 입사 측 및/또는 출사 측의 렌즈면은 경사입사광학계의 보우 왜곡을 보정하는 기능을 한다.

도 4에는 주사렌즈의 작용을 설명하기 위한 도면으로, 도 3의 일부에 대한 확대 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 주사렌즈(11a)는 상측 으로 비스듬히 입사되는 제1 광빔(LM) 및 하측으로 비스듬히 입사되는 제2 광빔(LY)에 대해 공통적으로 형성되고, 주사렌즈(11a)로 입사된 광빔들(LM,LY)은 비구면의 굴절 작용을 통해 각 감광드럼(15M,15Y) 상에 균등한 높이, 즉, 도면에서 PM.PY로 나타낸 일정한 높이의 주사선 상에 결상된다. 이는 비구면 렌즈면에 의해 보우 왜곡 현상이 보정된 결과인데, 이하에서는 이에 대해 설명하기로 한다.

광원(1M,1Y)에서 출사된 광빔(LM,LY)은 회전 구동되는 빔편향기(9)에 의해 반사되면서 주주사 단면 내에서 넓은 각도 분포를 갖고 출광되며, 이로써 감광드럼(15M,15Y) 상에는 주주사 방향을 따라 주사라인이 형성된다. 이때, 빔편향기(9)에 대해 사선 방향으로 광빔이 입사되는 경사입사광학계의 경우에는 빔편향기(9)의 회전과 함께 부주사 단면 내에서도 소정의 출사각 분포를 갖게 되며, 주사렌즈(11a)로 입사되는 광빔(LM,LY)의 입사위치 및 입사각은 부주사 단면 내에서 변화된다. 이때, 부주사 단면이 비구면으로 설계된 제1 주사렌즈(11a)는 입사 위치에 따라 서로 다른 굴절력을 제공하고, 이로써 서로 다른 위치로 입사된 광빔들(LM,LY)이 균일한 높이로 결상되며, 주사 방향을 따라 상 높이 편차로 인해 주사선이 곡선 형태로 휘는 보우 왜곡이 제거된다.

한편, 주사렌즈(11a)와 렌즈 광축과의 교점을 좌표 원점으로 하고, 주주사 방향의 좌표를 y, 부주사 방향의 좌표를 x, 광축 방향을 기준으로 한 렌즈 표면의 깊이를 z라고 할때, 주주사 단면 및 부주사 단면이 비구면 형상으로 구성된 주사렌즈의 깊이(z)는 다음과 같은 다항식으로 표현될 수 있다.

(수학식)

여기서,

이고, R은 주주사 방향의 곡률 반경, c는 부주사 방향의 곡률을 나타내는 것이고, Am,Bm,Cm,Dm 은 각각 구체적인 렌즈 설계를 위해 선택될 수 있는 계수들이며, k는 코닉 상수(conic constant)이다. 주사렌즈(11a)의 입사면 및 출사면 형상을 표현하는 상기의 각 패러미터들은 구체적인 렌즈 설계에 따라 결정될 수 있으며, 특히 코닉 상수(conic constant)는 보우 왜곡이 양호하게 보정되도록 최적화될 수 있다.

상기 수학식에 있어서, 첫 번째 및 두 번째 항은 주로 주주사 단면의 비구면 형상(비원호 형상)을 표현하고, 세 번째 및 네 번째 항은 주로 부주사 단면의 비구면 형상을 표현한다. 한편, 부주사 단면 형상은 주주사 방향의 좌표(y)에 따라 변화됨을 확인할 수 있고, 이에 따른 주사렌즈는 주주사 방향의 입사 위치에 따라 서로 다른 굴절력을 부여한다.

이때, 상기 수학식으로부터 주주사 또는 부주사 단면 형상은 렌즈 광축(y=0)에 대해 비대칭적인 형태로 형성될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 기수에 해당하는 계수가 모두 0 이 아닌 한, 단면 형상은 주주사 방향(y 방향)으로 양(+)의 영역과 음(-)의 영역에서 서로 비대칭적이 될 수 있다. 빔편향기(9)가 회전 구동됨에 따라 그 편향반사면 상에서 광빔이 상을 맺는 결상 위치 및 편향반사면과 광빔이 이루는 입사각은 연속적으로 변화하는데, 이러한 변화 양상이 렌즈 광축에 대해 대칭적인 프로파일을 갖지 않기 때문에 렌즈 형상이 광축에 대해 비대칭적으로 변화될 필요가 있는 것이다. 한편, 상기 수학식은 본 발명에서 채용 가능한 주사렌즈의 일 형태를 예시적으로 나타낸 것이며, 부주사 단면이 비구면 형상으로 표현될 수 것이라면 특히 한정될 필요는 없다.

한편, 도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 주사렌즈(11a)에 이어서 배치된 제2 주사렌즈(13Y,13M,13C,13K)는 주주사 방향(y 방향) 및 부주사 방향(x 방향)으로 소정의 굴절력을 갖는 입사면 및 출사면을 구비한다. 입사면 및 출사면은 주주사 방향(y 방향)을 따라 연속적으로 변화하는 비구면 형상으로 설계되는데, 주주사 방향(y 방향)에 따른 형상 변화가 제1 주사렌즈(11a,11b)보다 완만하고, 주주사 방향(y 방향)의 굴절력은 주로 앞서 설명된 제1 주사렌즈(11a,11b)에 집중된다. 제2 주사렌즈(13Y,13M,13C,13K)의 주주사 단면 형상은 렌즈 광축(Lo)에 대해 비대칭적인 형상을 가질 수 있다.

도 3을 참조하면, 제2 주사렌즈(13C,13K)는 서로 다른 광경로를 따르는 광빔(LC,LK)에 대해 각각 별도로 마련될 수 있고, 그 부주사 단면은 양쪽으로 볼록한 원호 형상(구면 형상)을 갖는데, 보다 구체적으로, 입사면 및 출사면은 그 곡률 반경이 주주사 방향(y 방향)을 따라 연속적으로 변화하는 구면으로 구성될 수 있다. 주주사 방향(y 방향)에 따른 부주사 곡률 반경의 프로파일은 구체적인 렌즈 설계에 의해 결정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 효과를 확인하기 위한 실험 결과로서, 본 실험에서는 각각 본 발명에서의 주사선 만곡량(프로파일 N)과 종래기술에서의 주사선 만곡량(프로파일 P)을 측정하였다. 여기서, 만곡량은 광축(S)에서의 화상 높이를 기준으로 하였을 때, 이로부터 주주사 방향의 각 위치에서 화상 높이를 측정한 값이다. 측정 결과로부터, 종래기술(프로파일 P)에서는 주사선이 활 형태로 휘어지는 보우 왜곡이 발생됨을 알 수 있으며, 본 발명(프로파일 N)에서는 이러한 왜곡 현상이 상당히 개선되어, 거의 직선 형태에 근접하는 주사선이 형성됨을 알 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 빔편향기(9)에 의해 주사된 각 광빔들을 해당되는 감광드럼(15Y,15M,15C,15K) 상으로 도광하기 위하여, 각 광경로 상에는 반사미러(21Y,21M,21C,21K,23M,23C)가 마련될 수 있으며, 이들 반사미러(21Y,21M,21C,21K,23M,23C)는 각 광축에 대해 소정의 경사각을 갖도록 배치될 수 있다.

본 발명의 탠덤형 광주사장치에 의하면, 서로 다른 광빔들을 경사입사시킴으로써, 빔편향기의 제조원가 절감과 구동효율의 향상을 도모하면서도, 주사광학렌즈의 형상을 비구면으로 설계함으로써 경사입사로 인한 주사선의 만곡 현상을 보정한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기 술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

서로 다른 감광드럼 상에 주주사 방향으로 서로 다른 광빔들을 주사하여 라인 형상의 주사선을 형성하는 탠덤형 광주사장치로서,

광원수단;

상기 광원수단의 출광 경로 상에서 회전 구동되는 것으로, 그 회전축과 평행한 부주사 평면 내에서 소정의 사잇각을 갖고 경사 입사되는 서로 다른 광빔들을 동시에 편향시키는 빔편향기; 및

상기 빔편향기에서 편향 반사된 광빔들을 각각 대응되는 감광드럼 상에 결상시키는 주사광학렌즈;를 포함하되,

상기 주사광학렌즈는 주사선의 만곡 특성을 보정하기 위하여 광축에서 먼쪽의 곡률반경이 광축에서 가까운 쪽보다 더 작은 비구면으로 구성된 적어도 하나 이상의 부주사 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제1항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 다음 다항식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.

여기서, 상기 y, x는 각각 주사광학렌즈와 그 광축과의 교점을 좌표 원점으로 할 때, 주주사 방향 및 부주사 방향의 좌표를 나타내고, 상기 z는 렌즈 표면의 깊이를 나타낸다. 그리고, 상기 Y 및 X 는 각각
로 정의되고, R은 주주사 방향의 곡률 반경, c는 부주사 방향의 곡률, Am,Bm,Cm,Dm 은 각각 구체적인 렌즈 설계를 위해 선택될 수 있는 계수들이며, k는 코닉 상수(conic constant)이다.
제1항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 가면서 변화되는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제3항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 가면서 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제1항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 렌즈 광축에 대해 비대칭적으로 형성된 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제1항에 있어서,

상기 주사광학렌즈는 상기 빔편향기 측의 제1 주사렌즈 및 상기 감광드럼 측의 제2 주사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제6항에 있어서,

상기 제1 주사렌즈의 입광 측 및 출광 측 중 적어도 어느 일 측의 부주사 단면은 상기 비구면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 주사렌즈는 부주사 평면 내에서 서로 다른 광경로로 분기되는 광빔들에 대해 공통적으로 마련되고, 상기 제2 주사렌즈는 각 광경로에 대해 개별적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
각각, 서로 다른 감광드럼 상에 서로 다른 광빔들을 주사하는 제1 광학계 및 제2 광학계를 포함한 탠덤형 광주사장치로서,

상기 제1 광학계 및 제2 광학계에 공유된 것으로, 일 측은 제1 광학계 측에 배치되고 타 측은 제2 광학계 측에 배치되어 회전 구동되고, 그 회전축과 평행한 부주사 평면 내에서, 각 광학계의 광빔들이 소정의 사잇각을 갖고 경사 입사되는 빔편향기; 및

상기 빔편향기에서 편향 반사된 광빔들을 해당되는 감광드럼 상에 결상시키는 제1 주사광학렌즈 및 제2 주사광학렌즈;를 포함하되,

상기 각 주사광학렌즈는 주사선의 만곡 특성을 보정하기 위하여 광축에서 먼쪽의 곡률반경이 광축에서 가까운 쪽보다 더 작은 비구면으로 구성된 적어도 하나 이상의 부주사 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제9항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 다음 다항식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.

여기서, 상기 y, x는 각각 주사광학렌즈와 렌즈 광축과의 교점을 좌표 원점으로 할 때, 주주사 방향 및 부주사 방향의 좌표를 나타내고, 상기 z는 렌즈 표면의 깊이를 나타낸다. 그리고, 상기 Y 및 X 는 각각
로 정의되고, R은 주주사 방향의 곡률 반경, c는 부주사 방향의 곡률, Am,Bm,Cm,Dm 은 각각 구체적인 렌즈 설계를 위해 선택될 수 있는 계수들이며, k는 코닉 상수(conic constant)이다.
제9항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 가면서 변화되는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제11항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 가면서 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제9항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 렌즈 광축에 대해 비대칭적으로 형성된 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제9항에 있어서,

상기 주사광학렌즈는 상기 빔편향기 측의 제1 주사렌즈 및 상기 감광드럼 측의 제2 주사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제14항에 있어서,

상기 제1 주사렌즈의 입광 측 및 출광 측 중 적어도 어느 일 측의 부주사 단면은 상기 비구면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제14항에 있어서,

상기 제1 주사렌즈는 부주사 평면 내에서 서로 다른 광경로로 분기되는 광빔들에 대해 공통적으로 마련되고, 상기 제2 주사렌즈는 각 광경로에 대해 개별적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제9항에 있어서,

상기 제1 광학계 및 제2 광학계 각각은,

상기 빔편향기에 접근할수록 수렴되는 광빔을 출광하는 한 쌍의 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제9항에 있어서,

상기 제1 광학계 및 제2 광학계 각각은 제1광원 및 제2광원을 구비하고,

상기 제1광원 및 제2광원은 서로 다른 감광드럼 상에 서로 다른 광빔들을 주사하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제18항에 있어서,

상기 제1광원 및 제2광원 각각은 서로 다른 제1 주사렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
제17항에 있어서,

상기 한 쌍의 광원 각각은 서로 다른 주사렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 광주사장치.
복수의 감광드럼과, 서로 다른 감광드럼 상에 주주사 방향으로 서로 다른 광빔들을 주사하여 라인 형상의 주사선을 형성하는 탠덤형 광주사장치를 포함하는 화상형성장치에 있어서,

상기 탠덤형 광주사장치는,

광원수단;

상기 광원수단의 출광 경로 상에서 회전 구동되는 것으로, 그 회전축과 평행한 부주사 평면 내에서 소정의 사잇각을 갖고 경사 입사되는 서로 다른 광빔들을 동시에 편향시키는 빔편향기; 및

상기 빔편향기에서 편향 반사된 광빔들을 각각 대응되는 감광드럼 상에 결상시키는 주사광학렌즈;를 포함하되,

상기 주사광학렌즈는 주사선의 만곡 특성을 보정하기 위하여 광축에서 먼쪽의 곡률반경이 광축에서 가까운 쪽보다 더 작은 비구면으로 구성된 적어도 하나 이상의 부주사 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제21항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 다음 다항식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.

여기서, 상기 y, x는 각각 주사광학렌즈와 그 광축과의 교점을 좌표 원점으로 할 때, 주주사 방향 및 부주사 방향의 좌표를 나타내고, 상기 z는 렌즈 표면의 깊이를 나타낸다. 그리고, 상기 Y 및 X 는 각각
로 정의되고, R은 주주사 방향의 곡률 반경, c는 부주사 방향의 곡률, Am,Bm,Cm,Dm 은 각각 구체적인 렌즈 설계를 위해 선택될 수 있는 계수들이며, k는 코닉 상수(conic constant)이다.
제21항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 가면서 변화되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제23항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 가면서 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제21항에 있어서,

상기 주사광학렌즈의 비구면 형상은 주주사 방향으로 렌즈 광축에 대해 비대칭적으로 형성된 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제21항에 있어서,

상기 주사광학렌즈는 상기 빔편향기 측의 제1 주사렌즈 및 상기 감광드럼 측의 제2 주사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제26항에 있어서,

상기 제1 주사렌즈의 입광 측 및 출광 측 중 적어도 어느 일 측의 부주사 단면은 상기 비구면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제27항에 있어서,

상기 제1 주사렌즈는 부주사 평면 내에서 서로 다른 광경로로 분기되는 광빔들에 대해 공통적으로 마련되고, 상기 제2 주사렌즈는 각 광경로에 대해 개별적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.